脓毒症，这个看似离日常生活有些遥远，却在医学领域掀起 “惊涛骇浪” 的病症，不仅会对身体的多个器官造成严重打击，还可能引发令人头疼的神经系统问题。其中，脓毒症相关脑病（SAE）就像隐藏在暗处的 “杀手”，它会导致患者出现广泛的脑功能障碍，从意识模糊到记忆衰退，严重影响患者的生活质量和康复进程。尽管越来越多的研究聚焦于神经元损伤在 SAE 中的作用，但这种疾病背后的具体发病机制仍然像一团迷雾，让医生们难以捉摸，有效的治疗策略也迟迟未能出现。
在这样的背景下，华中科技大学同济医学院等研究机构的研究人员决心 “拨云见日”，探索 SAE 的奥秘。他们将目光聚焦在 Lipocalin2（LCN2）这个神秘的分子上，开展了一系列深入研究。最终，他们的研究成果发表在《Cell Death and Disease》杂志上，为 SAE 的治疗带来了新的曙光。
为了揭开 SAE 的发病机制，研究人员采用了多种技术方法。他们通过构建脂多糖（LPS）诱导的脓毒症小鼠模型，模拟人体在脓毒症状态下的生理反应。同时，运用生物信息学分析，从海量的基因数据中筛选出与 SAE 相关的关键基因。此外，Western blotting、免疫荧光等实验技术，帮助他们检测相关蛋白的表达水平和细胞内定位，从而深入了解 LCN2 在 SAE 发病过程中的作用机制。
研究结果如下：
- LPS 诱导认知障碍与 LCN2 上调：研究人员利用 LPS 诱导的脓毒症小鼠模型，通过行为学测试发现，LPS 处理后的小鼠在新物体识别（NOR）测试和 Y 迷宫测试中表现出认知障碍，同时 ELISA 检测显示炎症细胞因子 IL-1β 和 IL-6 水平显著升高。生物信息学分析结合 Western blotting 实验表明，LPS 处理后小鼠海马体中 LCN2 蛋白水平明显上调，免疫荧光实验进一步证实 LPS 暴露增加了海马体中星形胶质细胞和小胶质细胞的 LCN2 荧光水平。这表明 LPS 可能通过显著上调胶质细胞释放的 LCN2，导致脓毒症相关的认知障碍。
- LCN2 诱导突触损伤和认知缺陷：为了进一步探究 LCN2 对认知功能的影响，研究人员将 C57 小鼠分为 LCN2 组和对照组，进行了一系列行为学、电生理学和生化测试。结果显示，LCN2 组小鼠在 NOR 测试和 Y 迷宫测试中表现出明显的认知缺陷，电生理学实验表明 LCN2 降低了高频刺激（HFS）后场兴奋性突触后电位（fEPSP）的斜率，Western blotting 实验发现 LCN2 组小鼠海马体中突触后密度蛋白 95（PSD95）和突触素（SYT）水平显著降低。此外，Golgi 染色和免疫荧光实验表明，LCN2 处理导致海马神经元树突复杂性和树突棘密度明显下降。这些结果表明，LCN2 可能导致突触和认知功能受损。
- 下调 LCN2 减轻 LPS 诱导的神经元损伤：研究人员通过在原代海马星形胶质细胞中使用 AAV-Sh-LCN2 降低 LCN2 表达，发现其能减少 LPS 诱导的星形胶质细胞 LCN2 荧光水平和蛋白表达。将条件培养基（ACM）作用于原代海马神经元后发现，LPS-ACM 诱导神经元形态异常，而 LPS+Sh-LCN2-ACM 处理的神经元树突复杂性和总树突长度显著增加。这表明星形胶质细胞释放的 LCN2 诱导了 LPS 相关的神经元损伤。
- 下调 LCN2 减轻脓毒症相关的突触和认知障碍：研究人员将 C57 小鼠分为对照组、LPS 组和 LPS+Sh-LCN2 组，进行了行为学、电生理学和生化测试。结果显示，下调 LCN2 显著改善了 LPS 诱导的认知障碍，提高了小鼠在 NOR 测试和 Y 迷宫测试中的表现，增强了高频刺激后的 fEPSP 斜率，增加了 PSD95 和 SYT 的表达水平，同时 Golgi 染色表明下调 LCN2 增加了海马神经元树突复杂性和树突棘密度。这表明下调 LCN2 可能减轻脓毒症诱导的突触、学习和记忆障碍。
- 下调 LCN2 改善脓毒症诱导的神经元丢失：研究人员发现，LPS 处理导致小鼠海马体神经元细胞死亡通路激活，而 TUNEL 染色和 Western blotting 实验表明，下调 LCN2 能有效减轻 LPS+ACM 诱导的原代海马神经元凋亡，降低 cleaved caspase-3 水平。Nissl 染色和免疫荧光实验显示，下调 LCN2 可逆转 LPS 诱导的小鼠海马体神经元数量减少，而注射 LCN2 则导致海马神经元显著减少。这表明 LCN2 在 LPS 相关的突触和认知障碍中，对神经元丢失起着重要作用。
- 下调 LCN2 抵抗 LPS 引起的氧化应激和线粒体功能障碍：研究人员通过代谢通路富集分析发现，LPS 处理下调了氧化磷酸化通路。实验表明，下调 LCN2 能恢复 LPS 诱导的原代海马神经元 ATP 水平降低，提高小鼠呼吸能量和一般行为监测中的 VO₂和产热，同时降低丙二醛（MDA）水平，增加超氧化物歧化酶（SOD）活性，减少活性氧（ROS）积累。免疫荧光实验显示，下调 LCN2 能恢复 LPS-ACM 处理导致的溶酶体标记物 Lamp2 和线粒体标记物 Tomm20 共定位减少，同时逆转 LPS-ACM 处理导致的 Pink1 水平降低。这表明 LPS 诱导的 SAE 可能是由于 LCN2 介导的线粒体损伤，而下调 LCN2 可能通过恢复线粒体功能来挽救 SAE。
在讨论部分，研究人员指出，他们的研究揭示了 LCN2 在脓毒症诱导的小鼠模型中的异常上调与海马体神经元丢失之间的关联，LCN2 的增加导致线粒体功能障碍和氧化应激，而下调 LCN2 则减轻了神经元损伤，显著改善了脓毒症小鼠的突触和认知障碍。这一发现为脓毒症和认知障碍之间建立了一种新的致病联系，表明 LCN2 可能是 SAE 潜在的治疗靶点。然而，该研究也存在一定的局限性，比如未针对 LCN2 的受体进行研究，未来需要进一步探索 LCN2 损伤神经元线粒体和诱导氧化应激的具体机制。
总的来说，这项研究为脓毒症相关脑病的发病机制提供了新的见解，为开发基于 LCN2 的治疗策略奠定了基础，有望为 SAE 患者带来新的治疗希望。
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